Методическое пособие "Полевые транзисторы"
учебно-методическое пособие по теме

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

1) Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим            p-n переходом.

2) Характеристики и параметры полевых транзисторов.

3) Полевые транзисторы с изолированным затвором

4) Структура МНОП – транзисторов с плавающим затвором.

1)Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом.

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

                                        Рис. 35                                Рис. 36

Несколько определений:

1. Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком.
2. Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком.
3. Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.
4. Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p-n переходом называется каналом полевого транзистора

Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом  p-типа и n-типа

Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n-типа изображено на рисунке 37, а с каналом p-типа на рисунке 38

   Рис. 37              Рис. 38

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n-типа

Рис. 39

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

1)При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.

2)При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

3)При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может увеличиться на столько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.

Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме  обеднения канала.

2) Характеристики и параметры полевых транзисторов.

К основным характеристикам относятся:

Стокозатворная характеристика это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа.

Рис. 40

Стоковая характеристика– это зависимость IcотUси при постоянном напряжении на затворе (смотрите Рис. 40). Ic= f(Uси) при Uзи=Const

3) Полевые транзисторы с изолированным затвором.

Данные приборы имеют затвор в виде металлической плёнки, которая изолирована от полупроводника слоем диэлектрика, в виде которого применяется окись кремния. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором называют МОП и МДП. Аббревиатура МОП расшифровывается как металл, окись, полупроводник. МДП расшифровывается как металл, диэлектрик, полупроводник.

МОП – транзисторы могут быть двух видов:

5. Транзисторы со встроенным каналом
6. Транзисторы с индуцированным каналом.

Транзистор со встроенным каналом.

Основой такого транзистора является кристалл кремния p-или n-типа проводимости.

Рис. 41

Для транзистора с n-типом проводимости: Uзи = 0;Ic1;

Uзи> 0;Ic2 >Ic1;Uзи< 0;Ic3

Принцип действия.

Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т.е. будет существовать ток стока. При подаче на затвор положительного напряжения электроны как не основные носители подложки будут притягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится. При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будут уходить в подложку, канал объединится носителями зарядов, и ток стока уменьшится. При достаточно больших напряжениях на затворе все носители заряда могут из канала уходить в подложку, и ток стока станет равным нулю.

Вывод:  МОП–транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов.

Рис. 42

Транзисторы с индуцированным каналом.

Uз= 0;Ic1=0; Uз< 0;Ic2 =0; Uз> 0;Ic3 >0.

                                              Рис. 43                           Рис. 44

При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, как не основные носители заряда подложки p-типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить в глубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит концентрацию дырок, т.е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образуется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток.

Вывод: МОП–транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения. МОП–транзисторы обладают бόльшим входным сопротивлением, чем транзисторы с управляемым переходом. R вх = (1013¸ 1015)Ом.

4) Структура МНОП – транзисторов с плавающим затвором.

В слое окисла кремния создаётся область из алюминия или поликристаллического кремния на расстояниименее1мкм от полупроводника (смотрите Рис.45).

Рис. 45

Принцип действия МОП–транзисторов с плавающим затвором точно такой же, как у транзисторов МНОП, только при программировании электроны скапливаются в плавающем затворе из алюминия или кремния. Стирание информации осуществляется ультрафиолетовым облучением.